Ultrakort røntgenteknik til at undersøge forhold fundet i hjertet af planeter

Ved at kombinere kraftfulde lasere og lyse røntgenstråler, Imperial- og STFC-forskere har demonstreret en teknik, der vil tillade nye ekstreme eksperimenter.

Den nye teknik ville være i stand til at bruge en enkelt røntgenblitz til at fange information om ekstremt tæt og varmt stof, sådan som kan findes inde i gasgigantiske planeter eller på skorpene af døde stjerner.

De samme forhold findes også i fusionsforsøg, som forsøger at skabe en ny energikilde, der efterligner Solen.

Teknikken, rapporteret i denne uge i Fysisk gennemgangsbreve , blev udviklet af et team ledet af Imperial College London-forskere, der arbejder med kolleger, herunder dem ved Storbritanniens Central Laser Facility ved Science and Technology Facilities Council (STFC) Rutherford Appleton Laboratory, og blev finansieret af Det Europæiske Forskningsråd.

Forskerne ønskede at forbedre måder at studere 'varmt tæt stof' - stof, der har samme tæthed som et fast stof, men varmes op til 10, 000°C. Forskere kan skabe varmt tæt stof i laboratoriet, genskabe forholdene i planeternes hjerter eller afgørende for fusionskraft, men det er svært at studere.

Accelererende opdagelser

Holdet brugte Gemini Laser, som har to bjælker - en som kan skabe betingelserne for varmt tæt stof, og en, der kan skabe ultrakorte og klare røntgenstråler for at undersøge forholdene inde i det varme tætte stof.

Tidligere forsøg med lasere med lavere effekt krævede 50-100 røntgenglimt for at få den samme information, som den nye teknik kan få på blot et enkelt glimt. Blinkene varer kun femtosekunder (kvadrilliontedele af et sekund), hvilket betyder, at den nye teknik kan afsløre, hvad der sker inden for varmt tæt stof over meget korte tidsskalaer.

Første forfatter Dr. Brendan Kettle, fra Institut for Fysik ved Imperial, sagde:"Vi vil nu være i stand til at sondere varmt tæt stof meget mere effektivt og i hidtil uset opløsning, som kunne fremskynde opdagelser i fusionseksperimenter og astrofysik, såsom den indre struktur og udvikling af planeter inklusive Jorden selv."

Teknikken kan også bruges til at undersøge hurtigt skiftende forhold inde i nye slags batterier og hukommelseslagringsenheder.

Besvarelse af centrale spørgsmål

I den nye undersøgelse, holdet brugte deres teknik til at undersøge en opvarmet prøve af titanium, med succes at vise, at den kunne måle fordelingen af ​​elektroner og ioner.

Ledende forsker Dr. Stuart Mangles, fra Institut for Fysik ved Imperial, sagde:"Vi planlægger at bruge teknikken til at besvare nøglespørgsmål om, hvordan elektronerne og ionerne i dette varme tætte stof 'taler' med hinanden, og hvor hurtigt kan energi overføres fra elektronerne til ionerne."

Central Laser Facility's Gemini Laser er i øjeblikket et af de få steder, hvor de rette betingelser for teknikken kan skabes, men efterhånden som nye faciliteter begynder at fungere rundt om i verden, holdet håber, at teknikken kan udvides og bruges til at lave en helt ny klasse af eksperimenter.

Dr. Rajeev Pattathil, Gemini gruppeleder på Central Laser Facility, sagde:"Med ultrakorte røntgenblink kan vi få et fryseramme-fokus på forbigående eller dynamiske processer i materialer, afsløre nøgle ny grundlæggende information om materialer her og i det bredere univers, og især dem i ekstreme tilstande."